رزین آنیونی و کاتیونی

محیط زیست و راه حل های زنده پلیمرها / رزین ها / مواد شیمیایی با کارایی بالا

• نوع نوع I: رزین مبادله آنیونی بسیار قوی
• یک گروه عملکردی آمینه در رزین تبادل آنیونی گنجانده شده است
• که امکان تبادل آنیون ها مانند یون Cl- و SO4– را فراهم می کند.
• رزین های مبادله آنیونی قوی و رزین های تبادل آنیونی ضعیف را می توان با توجه به قدرت اساسی گروه عملکردی آمینو تعریف کرد.
• رزین تبادل یونی که دارای گروه آمونیوم چهارم است بسیار قلیایی است
• و درست مانند NaOH و KOH از هم جدا می شود.
• بنابراین به آن رزین مبادله آنیونی قوی می گویند.

رزین های ION-EXCHANGE

ویژگی ها

• رزین تبادل آنیونی بسیار قوی یک رزین تبادل آنیونی است
• که دارای گروههای آمونیوم چهارگانه است که در قاب استایرن گنجانده شده است.

دو نوع با قدرت قلیایی متفاوت عبارتند از:

• نوع I با گروه تری متیل آمونیوم و نوع II با گروه آمونیوم دی متیل اتانول.
• رزین بسیار اساسی برای تولید آب معدنی با خلوص بالا و استفاده از قابلیت جذب قوی آنیون ها استفاده می شود.

ساختارهای شیمیایی رزین تبادل آنیون بسیار قوی

• 1 ، نوع 1 ساختار: رزین مبادله آنیونی بسیار قوی
• 2 ، نوع 2 ساختار: رزین مبادله آنیونی بسیار قوی

گروه کاربردی رزین مبادله آنیونی به عنوان پایه قوی عمل می کند

و امکان استفاده از رزین را در محدوده pH کامل 0-14 فراهم می کند.

واکنشهای زیر نشان می دهد که رزین می تواند نه تنها با یک اسید معدنی ، بلکه با نمکی مانند NaCl نیز تبادل یونی انجام دهد.

علاوه بر این ، رزین می تواند اسیدهای ضعیف را در محلول مانند اسید سیلیکیک (سیلیس آبی) و اسید کربنیک تبادل کند.

R-N ･ OH ＋ NaCl → R-N ･ Cl ＋ NaOH
R-N ･ OH ＋ HCl → R-N ･ Cl ＋ H2O
R-N ･ OH ＋ SiO2 → R-N ･ HSiO3

(R ماتریس رزین تبادل یونی را نشان می دهد.)

بازسازی رزین تبادل آنیونی بسیار پایه معمولاً با محلول NaOH حدود 4 درصد انجام می شود.

عملاً نمی توان آن را با پایه ضعیفی مانند NH4OH بازسازی کرد.

واکنشهای زیر بازسازی یک رزین تبادل آنیونی بسیار قوی را نشان می دهد که قبلاً با یونهای کلر بارگیری شده بود.

R-N ･ Cl ＋ NaOH → R-N ･ OH ＋ NaCl

همانطور که با رزین تبادل کاتیونی بسیار اسیدی ، احیای رزین تبادل آنیونی بسیار اساسی نسبتاً دشوار است.

برای اهداف عملی ، مقدار مورد نیاز محلول احیا کننده چندین برابر معادل شیمیایی نظری آن است.

برنامه ها

برنامه های کاربردی شامل تصفیه آب و تصفیه داروها و مواد غذایی است.

ترکیب / مشخصات

رزین های مبادله آنیون قوی پایه شیمیایی میتسوبیشی در زیر فهرست شده است.

این رزین های بر پایه استایرن از گروه های آمونیوم چهارم برای گروه های مبادله استفاده می کنند.

دو نوع با قدرت قلیایی متفاوت عبارتند از:

• نوع I با گروه تری متیل آمونیوم
• نوع II با گروه آمونیوم دی متیل اتانول.

سری ژل نوع SA ، سری PA متخلخل و نسخه های بسیار متخلخل HPA25 (نوع I) وجود دارد.

شکل یونی محصولات استاندارد ، فرم Cl است.

ژل نوع DIAION ™ SA10 سری (نوع I) و SA20 سری (نوع II)
سری متخلخل سری DIAION ™ PA300 (نوع I)
نوع بسیار متخلخل DIAION ™ HPA25L (نوع I)
سری متخلخل سری DIAION ™ PA400 (نوع II)
ژل نوع DIAION ™ سری UBA

فناوری رزین تبادل یونی (IX)

سالهاست که به طور گسترده به عنوان یک شکل عملی و م ofثر در تصفیه آب مورد استفاده قرار می گیرد. IX اغلب با نرم کننده آب استفاده می شود ، که رایج ترین کاربرد آن است. با این حال ، رزین های IX کاربردهای بسیار دیگری نیز دارند. آلودگی آب یک مسئله مهم در سطح جهانی است و مقررات جدید کیفیت آب آشامیدنی برای آلاینده هایی مانند محصولات جانبی ضدعفونی کننده ، آرسنیک ، نیترات ، پرکلرات و اورانیوم وضع شده است. رزین های تخصصی IX این چالش ها را برطرف می کند.

فرایند IX آلاینده های یونیزه محلول مانند سختی و قلیائیت را از طریق آب از طریق تبادل یونی برگشت پذیر بین فاز جامد (مهره های رزینی) و فاز مایع (آب) حذف می کند. دو دسته اصلی رزین های IX کاتیون و آنیون هستند. رزین های کاتیون IX شامل کاتیون قوی/ضعیف ، (H+ و Na+) است. رزین های آنیون IX شامل یک آنیون قوی/ضعیف مانند OH- و Cl- هستند. این گونه ها با هم یا به تنهایی ، بسیاری از آلاینده های یونی را از آب حذف می کنند. هیچ کدام از انواع آلاینده های غیر یونی مانند بنزن را حذف نمی کند.

رزین های کاتیونی

رزین های کاتیونی دارای بار مثبت آلاینده های آب یونی با بار مثبت را حذف می کنند. رزین های اسیدی قوی/کاتیونی قوی (SAC) و اسیدی ضعیف/کاتیونی ضعیف (WAC) شامل این دسته از رزین ها می شوند.

حذف سختی

رزین SAC برای نرم شدن آب م whichثر است که یونهای سختی را از بین می برد. بیش از 100 سال است که در مصارف مسکونی ، تجاری و صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد. مانند آهنرباهای کوچک ، دانه های رزین SAC یونهای کلسیم (Ca2+) و منیزیم (Mg2+) را با تبادل آنها با یونهای سدیم حذف می کنند. میزان سختی کاهش می یابد و میزان سدیم افزایش می یابد.

همه رزین ها دارای ظرفیت مبادله محدود هستند. محلهای تبادل فردی روی مهره های رزین در نهایت پر شده و قادر به تبادل سختی بیشتر نخواهند بود ، بنابراین رزین باید دوباره شارژ شود. از آنجا که مهره های رزین SAC نسبت به یونهای سدیم میل بیشتری به یونهای کلسیم/منیزیم دارند ، از محلول غلیظ نمک کلرید سدیم (معمولاً 8 تا 12 درصد) برای مجبور کردن یونهای سختی انباشته از دانه های رزین استفاده می شود.

نرم شدن و غیرحرفه ای شدن

رزین کاتیونی ضعیف (WAC) می تواند سختی و قلیائیت را به طور همزمان حذف کند. همچنین مقداری از کل جامدات محلول (TDS) را حذف می کند. به طور کلی ، رزین WAC حدود 80 درصد سختی موقت (سختی مربوط به مواد معدنی بی کربنات محلول) را حذف می کند. TDS به ازای هر دانه سختی حذف شده حدود 17.1 قسمت در میلیون (ppm) کاهش می یابد. از آنجا که رزین WAC یونهای سختی و قلیایی را با یونهای هیدروژن مبادله می کند ، آب تصفیه شده اسیدی (یا pH پایین تر) خواهد بود. میزان کاهش و کاهش pH TDS تا حد زیادی به میزان سختی ورودی بستگی دارد.

حذف باریم و رادیوم

باریم و رادیوم ، دو کاتیون دو ظرفیتی ، توسط آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده (EPA) برای استانداردهای ملی آب آشامیدنی اولیه تنظیم می شوند و می توانند با رزین استاندارد SAC حذف شوند. با این حال ، هنگام بازسازی رزین ، بازده به دلیل انتشار آهسته جرم اتمی بزرگتر آنها در عمق ماتریس رزین کاهش می یابد. انواع خاصی از رزین های SAC با خواصی که باعث کاهش باریم و رادیوم می شوند ، به صورت تجاری در دسترس هستند و توسط بنیاد ملی علوم (NSF) آزمایش و تایید شده اند.

رزین های آنیون

رزین های آنیونی با بار منفی آلاینده های یونی با بار منفی را در آب حذف می کنند. رزین های پایه قوی/آنیون قوی (SBA) و پایه ضعیف/آنیون ضعیف (WBA) شامل این دسته از رزین ها می شوند. از این رزین های آنیونی می توان برای حذف آلاینده های توضیح داده شده در این قسمت استفاده کرد.

شماره 3-

رزین SBA می تواند نیترات (NO3-) را حذف کند. اگر نسبت سولفات به غلظت NO3- در آب زیاد باشد ، رزین باید زودتر احیا شود تا از آنیون سولفات به عنوان احیا کننده و تخلیه NO3- جلوگیری شود. در شرایطی که غلظت سولفات بالا است ، می توان از رزین SBA انتخابی نیز استفاده کرد.

ClO4–

رزین های SBA وجود دارند که پرکلرات (ClO4-) را به صورت انتخابی حذف می کنند. این رزین ها می توانند یکبار مصرف و/یا قابل احیا باشند.

آرسنیک

در آب ، آرسنیک مربوط به آرسنات ، As (V) و آرسنیت ، As (III) است. فقط آنیونهای آرسنات با بار منفی (HAsO42-) را می توان با استفاده از رزین های SBA حذف کرد. آرسنیت (H3AsO3) معمولاً در محلول آبی خنثی است. بنابراین ، پیش اکسیداسیون برای تبدیل آنیون As (III) به As (V) مورد نیاز است. پس از اتمام این اکسیداسیون ، قبل از تماس با رزین SBA باقی مانده باید برداشته شود.

TOC

کل کربن آلی (TOC) یا مواد آلی موجود در طبیعت را می توان با گندزدایی ثانویه با کلر اکسید کرد و DBP هایی مانند THM و HAA ایجاد کرد. این DBP ها سرطان زا هستند و توسط EPA در آب آشامیدنی تنظیم می شوند. تصفیه خانه های شهری گاهی TOC را حذف می کنند تا تشکیل DBP ها محدود شود. TOC معمولاً بار منفی دارد و با استفاده از رزین SBA حذف می شود.

اورانیوم

از رزین SBA می توان برای حذف اورانیوم استفاده کرد ، که معمولاً به عنوان مجتمع های آنیونی کربنات اورانیل/سولفات وجود دارد.

مواد معدنی زدایی/دیونیزاسیون

رزین های SAC و SBA که به صورت جداگانه یا مخلوط با هم استفاده می شوند می توانند برای کاهش مواد معدنی و TDS در آب استفاده شوند. مواد معدنی

در آب با کاتیونهای هیدروژن (H+) و آنیونهای هیدروکسید (OH–) از دانه های رزین مبادله می شود تا آب بسیار تصفیه شده (H2O) ایجاد شود.

ضد عفونی

رزین SBA برای اتصال یونی به هالوژن ها به عنوان یک ضد عفونی کننده ضد میکروبی استفاده می شود و برای استفاده تجاری در کاربردهای مختلف درمانی به صورت تجاری در دسترس است.

نتیجه

مجموعه وسیعی از رزین های کاتیونی و آنیونی IX برای حذف بسیاری از آلاینده های یونی محلول از آب در دسترس است. ویژگی مشترک همه رزین های IX ، توانایی تبادل یون های هدف دار در آب با سایر یون های احتمالاً مطلوب تر است که در حین فرآیند بازسازی روی مهره های رزین “بارگذاری” می شوند. رزین های IX به طور گسترده تری برای معدن زدایی/دیونیزاسیون ، ضدآب زدایی و ضدعفونی استفاده می شود.